(57)【要約】【課題】  白色腐朽菌等の微生物を用いて難分解性物質を処理するに際し、白色腐朽菌等の微生物を有効に機能させる。【解決手段】  本発明の廃水処理システムでは、まず、前処理槽１２において廃水１４中の窒素濃度と炭素濃度が予め設定された濃度範囲内に調整される。窒素濃度と炭素濃度が調整された廃水１４は、濾過膜１５によって膜処理される。廃水１４中の固形成分は濾過膜１５によって除去され、濾過膜１５を透過した廃水３０が微生物処理槽２６に供給される。微生物処理槽２６内には白色腐朽菌等の微生物が配置されており、この微生物によって廃水が処理される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水中の窒素濃度と炭素濃度を予め設定された濃度範囲内に調整する前処理工程と、
前処理工程によって窒素濃度と炭素濃度が調整された廃水を膜濾過する膜濾過工程と、
膜濾過工程で膜を透過した廃水を白色腐朽菌で処理する微生物処理工程と、を有する廃水処理方法。
【請求項２】
前処理工程では、廃水中の窒素濃度が低くなるように処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の廃水処理方法。
【請求項３】
前処理工程では、さらに、廃水中の炭素濃度が所定の濃度範囲となるように処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の廃水処理方法。
【請求項４】
前処理工程は活性汚泥法によって行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の廃水処理方法。
【請求項５】
膜濾過工程で使用される濾過膜の孔径が１〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項４に記載の廃水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業廃水、下水及びし尿等の廃水の処理方法に関する。詳しくは、白色腐朽菌を利用して廃水中に含まれる難分解性物質（例えば、ダイオキシン類，環境ホルモン等の外因性内分泌撹乱物質，着色原因物質，農薬等）を分解する方法に関する。
なお、本明細書中「白色腐朽菌」とは強力な酸化分解作用を有する微生物を意味し、本来の意味での白色腐朽菌のみならず、白色腐朽菌と同等の酸化分解作用を有する他の糸状菌等をも含む意味で使用する。
【背景技術】
【０００２】
白色腐朽菌等の微生物は強力な酸化作用を有する酵素（例えば、リグニンペルオキシダーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、ラッカーゼ等）を放出する。このため、これらの微生物を利用してダイオキシン類を始め、環境ホルモン等の難分解性物質を酸化・分解する技術が研究されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１に記載の技術では、微生物処理槽（バイオリアクター）内に白色腐朽菌等の微生物の菌株が固定された担体が配置される。微生物処理槽には廃水が供給され、廃水中の難分解性物質は微生物によって炭酸ガス及び易分解性物質（低分子化合物）に分解される。微生物処理槽から排出される処理水は膜濾過装置に供給される。膜濾過装置によって膜分離された物質のうち高分子成分及び固体成分は、微生物処理槽に還流される。一方、膜濾過装置を透過した処理水は、易分解性物質処理槽（例えば、活性汚泥槽、生物膜処理槽）に供給される。易分解性物質処理槽では、処理水中に含まれる易分解性物質が分解処理される。
【特許文献１】特開２００３−１２６８８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、白色腐朽菌等の微生物が良好に機能するか否かは、これら微生物が配置される環境（微生物処理槽の環境）によって大きく異なる。すなわち、微生物処理槽の環境によっては白色腐朽菌等から有効な酵素が殆ど放出されず、このため廃水中の難分解性物質も殆ど分解することができない。上述の従来技術は、白色腐朽菌等により処理された処理水をさらに処理するための技術（いわゆる、後処理技術）であり、白色腐朽菌等の微生物が有効に機能するために最も重要な前処理に関する検討はなされておらず、白色腐朽菌を有効に機能させるための前処理技術の開発が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、白色腐朽菌等の微生物を用いて難分解性物質を処理するに際し、白色腐朽菌等の微生物を有効に機能させるための前処理技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、白色腐朽菌等の微生物を有効に機能させるためには、廃水の窒素濃度と炭素濃度を制御することが重要であり、また、他の微生物が存在しない略無菌状態とすることが重要であることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明の処理方法は、廃水中の窒素濃度と炭素濃度を予め設定された濃度範囲内に調整する前処理工程と、前処理工程によって窒素濃度と炭素濃度が調整された廃水を膜濾過する膜濾過工程と、膜濾過工程で膜を透過した廃水を白色腐朽菌で処理する微生物処理工程と、を有する。
この処理方法では、前処理によって廃水中の窒素濃度と炭素濃度が調整され、膜濾過によって固形物と透過水に分離される。したがって、廃水中に含まれる微生物は濾過膜によって取り除かれるため、濾過膜を透過した透過水は略無菌状態となる。このため、窒素濃度及び炭素濃度が調整され、かつ、略無菌状態となった廃水が白色腐朽菌等の微生物によって処理される。この処理方法によると、窒素濃度と炭素濃度が調整され、かつ、略無菌状態となった廃水が白色腐朽菌等の微生物で処理されるため、白色腐朽菌等の微生物が有効に機能し、廃水中の難分解性物質が効果的に分解される。
【０００６】
前記前処理工程では、廃水中の窒素濃度が低くなるように処理を行うことが好ましく、さらには廃水中の炭素濃度が適切な濃度となるように処理を行うことが好ましい。廃水中の炭素濃度と窒素濃度を適切な濃度に調整することで、白色腐朽菌がより有効に機能し、廃水中の難分解性物質の分解率を向上させることができる。
なお、前処理工程は、炭素濃度と窒素濃度を制御でき、膜処理との組合せが可能な種々の方法によって行うことができ、例えば、活性汚泥法によって行うことが好ましい。活性汚泥法によって廃水を前処理することで廃水中の固形分が凝集するため、その後の膜濾過によって廃水中の固形分（微生物）を捕集し易くなる。
【０００７】
また、膜濾過工程で使用される濾過膜の孔径は１〜２０μｍの範囲であることが好ましい。１００μｍを超える孔径とすると廃水中の微生物を良好に除去することができず、１μｍ未満では濾過膜が目詰まりする頻度が高くなるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る廃水処理システムについて図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る廃水処理システムの全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る廃水処理システムは、廃水を前処理するための前処理槽１２と、前処理槽１２で処理された廃水を微生物処理する微生物処理槽２６を備える。
【０００９】
前処理槽１２には廃水１０が供給される。廃水１０は、産業廃水や下水及びし尿等の廃水であって、廃水１０内には難分解性物質が含まれている。廃水１０に含まれる難分解性物質としては、例えば、ダイオキシン類を始めとして環境ホルモン等がある。ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン等の総称であり、また、これらの物質と同様の毒性を示すコプラナーＰＣＢｓをも含めた概念として取り扱われている。ＰＣＢはポリ塩化ビフェニールであり、コプラナーＰＣＢは扁平構造を持つＰＣＢを意味する。環境ホルモンとは、動物の生体内に取り込まれたときに、その生体内で営まれている正常なホルモン作用に影響を及ぼす外因性の物質を意味する。例えば、ダイオキシン類、ＰＣＢ、ポリ臭化ビフェニール類（ＰＢＢ）、ヘキサクロロベンゼン（ＨＣＢ）、ペンタクロロフェノール（ＰＣＰ）、アミトロール等が環境ホルモンと言われている。
【００１０】
また、前処理槽１２に供給される廃水１０を着色廃水とすることもできる。着色廃水は、悪臭と同様に容易に感知でき苦情の対象となり易いにもかかわらず、有効な対策技術が開発されていない。本廃水処理システムは、廃水に含まれる着色成分（難分解性物質）を有効に分解し、無色化することができる。
着色廃水としては、例えば、し尿二次処理水、染色工業廃水、糖蜜廃水、熱処理分離液等がある。し尿二次処理水はし尿処理場で処理された後の廃水であり、染色工業廃水は合成染料が用いられる事業所（例えば、繊維、紙、文房具、化粧品、食品、液晶、カラーフィルター用色素等の製造工場）から排出される廃水である。また、糖蜜廃水は製糖工場で生産される二次生産物である糖蜜から糖分を分離した後の黒褐色の廃水であり、熱処理分離液は下水処理場で生じる余剰汚泥の脱水プロセスで生じる褐色の脱水液である。
【００１１】
前処理槽１２では、供給された廃水１０の窒素濃度と炭素濃度を予め設定された濃度範囲内に調整する処理が行われる。すなわち、廃水１０に含まれる窒素成分と炭素成分を除去し、窒素濃度は低く、また炭素濃度は適切な値にする。窒素濃度は２００ｍｇ／ｌ以下に調整することが好ましく、炭素濃度は５００〜２０００ｍｇ／ｌの範囲内に調整することが好ましい。窒素濃度がこの値より高いと白色腐朽菌の分解性能が著しく低下するためである。また、炭素濃度がこの範囲より高いと処理水質が悪化し、炭素濃度がこの範囲より低いと白色腐朽菌の分解性能が低下するためである。
【００１２】
前処理槽１２の処理には、活性汚泥法や固定化微生物法や生物膜処理法等を用いることができる。活性汚泥法を採用した場合は、廃水１０中の固形成分が凝集し、その後の膜処理で固形成分が除去されやすくなるため好ましい。また、活性汚泥法を採用すると、廃水１０中の易分解性有機物を分解して除去することもできる。なお、生物膜処理法を採用する場合は、散水ろ床法、接触曝気法、回転円板法等の種々の方法を用いることができる。
【００１３】
前処理槽１２の処理として活性汚泥法を採用した場合、前処理槽１２の底面近傍に曝気装置２０を配置することが好ましい。曝気装置２０は、空気供給管１８ａを介してブロア１６に接続される。ブロア１６が作動すると、曝気装置２０から前処理槽１２内の廃水１４にミクロな空気泡が送られる。これによって、前処理槽１２内の活性汚泥（微生物）に酸素が供給されて活性化し、また、廃水１４を撹拌することができる。廃水１４の酸素量は、活性汚泥（微生物）の活性化に重要な役割を果たすため、廃水１４の溶存酸素量（廃水１４中に溶け込んだ酸素量）を測定する溶存酸素計（ＤＯメータ）を装備し、この溶存酸素計の計測値に基づいて曝気装置２０を制御するようにしてもよい。また、曝気装置２０による運転を間欠して行うことで嫌気状態を意図的に作り出し、廃水１４中の窒素を減少させるようにしてもよい（脱窒効果）。
なお、活性汚泥法の運転方法としては、回分式活性汚泥法、連続式活性汚泥法のいずれの運転方法を用いることもできる。また、前処理槽１２内に凝集剤（例えば、ポリアクリルアミド、ＰＡＣ（ポリアルミニウムクロライド）等）を投入し、廃水１４中に含まれる固形成分を凝集させるようにしてもよい。
【００１４】
上述した前処理によって窒素濃度と炭素濃度が調整された廃水１４は、濾過膜１５によって膜分離処理が施される。すなわち、前処理槽１２内には濾過膜１５が配置され、前処理槽１２内の廃水１４は濾過膜１５に吸引される。廃水１４中の固形成分（微生物等を含む）は濾過膜１５を透過できず、この固形成分は濾過膜１５により取り除かれる。一方、濾過膜１５を透過した廃水３０は、微生物処理槽２６に供給される。したがって、微生物処理槽２６に供給される廃水３０は、濾過膜１５によって微生物等の固形物が取り除かれて略無菌状態となっている。特に、前処理に活性汚泥法を用いた場合は、廃水１４中の微生物が凝集し大径化しているため、濾過膜１５によって容易に取り除くことができる。
【００１５】
濾過膜１５の形状及び材質等は廃水１４の水質等に応じて適宜決定することができる。したがって、濾過膜１５として平膜、スパイラル型、中空糸状等のいずれの形状も採用することができる。また、濾過膜１５の孔径は１〜２０μｍの範囲内とすることが好ましい。濾過膜１５の孔径が１００μｍを超えると廃水１４中の微生物が充分に除去されず、また、孔径を１μｍ未満とすると膜の目詰まりが頻繁に発生するためである。濾過膜１５には、例えば精密濾過膜（多孔質中空濾過膜等）を好適に用いることができる。なお、上述した実施形態では、濾過膜１５を前処理槽１２内に浸漬したが、濾過膜（膜濾過装置）は前処理槽１２の外に設置することもできる。
【００１６】
濾過膜１５を透過した廃水３０が供給される微生物処理槽２６内には、白色腐朽菌等の難分解性物質分解菌が浮遊状態又は担体に固定した状態で配置されている。例えば、微細な担体（織物等）に難分解性物質分解菌を固定してその担体を廃水２８中に浮遊させて配置してもよく、あるいは、難分解性物質分解菌を固定した担体を微生物処理槽２６内に移動不能に配置してもよい。
【００１７】
ここで、一般的に白色腐朽菌とは、担子菌類に属し、木材を腐朽させる担子菌のうちリグニンを強力に分解する能力を持つ担子菌のことである。例えば、トゥラメテス属（Ｔｒａｍｅｔｅｓ）、ファネロケーテ属（Ｐｈａｎｅｒｏｃｈａｅｔｅ）等がある。これら白色腐朽菌が放出する酵素には、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、ラッカーゼ等がある。マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素により酸化されて活性状態となり、ダイオキシン類を始め環境ホルモン、色度成分等の難分解性物質を酸化分解する。ラッカーゼはフェノール性水酸基を酸化する酵素で、例えばヒドロキノン、ポリフェノール、ｐ−フェニレンジアミン、アスコルビン酸、ジアニン色素などを酸化する。この酸化作用により、ベンゼン類を切断して分解することができる。したがって、ベンゼン環から構成されるダイオキシン類に対しては顕著な分解効果を発揮する。
白色腐朽菌以外の糸状菌にも同様の性質を示す菌があり、中でもペニシリウム属（Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）、クラドスポリウム属（Ｃｌａｄｏｓｐｏｒｉｕｍ）の糸状菌は、色度成分などの難分解物質を強力に分解することができ、本処理システムに用いることができる。
【００１８】
また、白色腐朽菌は好気性菌であるため、微生物処理槽２６の底面近傍には曝気装置２４が配置されることが好ましい。曝気装置２４は、フィルタ２２及び空気供給管１８ｂを介してブロア１６に接続することができる。ブロア１６が作動すると、ブロア１６から送出された空気が曝気装置２４よりミクロな空気泡となって微生物処理槽２６内に吹き出す。これによって、好気性の難分解性物質分解菌に酸素が供給されて活性化し、廃水２８内に含まれる難分解性物質が分解される。曝気装置２４から供給される空気は、フィルタ２２によって塵等が除去されているため、この空気によって微生物処理槽２６内の廃水２８が汚染されることはない。
なお、難分解性物質分解菌を活性化するためには、微生物処理槽２６内の廃水２８の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／ｌ以上を維持することが好ましい。また、微生物処理槽２６内の廃水２８の水温は１５〜３０℃、好ましくは２５〜３０℃に維持する。この温度では微生物の活性が高くなり、効果的に分解酵素を産出して分解効率を高めることができる。
【００１９】
また、微生物処理槽２６内の廃水２８には、必要に応じて難分解性物質分解菌の栄養源となる有機物を投入するようにしてもよい。投入する有機物としては、例えばグルコース、スクロース、フルクトース等の糖類や、アルコール類、有機酸を所定量添加することが望ましい。さらに、他の雑菌の繁殖を防止するために、廃水２８を酸性に設定するｐＨ調整剤を添加するようにしてもよい。ｐＨ調整剤としては、塩酸などの強酸や酢酸などの有機酸などの広範囲の酸を利用することができる。
【００２０】
上述した難分解性物質分解菌によって分解された廃水２８は、処理水３２として微生物処理槽２６外に排出される。処理水３２は、前処理槽１２において易分解性物質が分解され、また、微生物処理槽２６において難分解性物質が分解されるため、人が触れることが可能な親水用水レベルの再生水とすることができる。また、必要に応じて処理水３２をさらに処理するようにしてもよい。
【実施例】
【００２１】
上述した廃水処理システムを用いて着色廃水の処理を行った。微生物処理槽２６内には白色腐朽菌〔カワラタケ（Ｔｒａｍｅｔｅｓ  ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ）ＩＦＯ−３０３４０株〕を配置し、着色廃水にはメラノイジン含有廃水を用いた。メラノイジンは、糖蜜廃水、熱分解処理液、畜産廃水等の各種着色廃水に含有されている着色原因物質であり、通常の微生物による処理が極めて困難な難分解性物質である。
実験では、まず、メラノイジン含有廃水を前処理槽１２において窒素含有量１００ｍｇ／ｌ，炭素含有量２０００ｍｇ／ｌに調整した。前処理層１２の処理には活性汚泥法を用いた。次に、窒素濃度及び炭素濃度が調整された廃水を濾過膜によって膜分離し、濾過膜を透過した廃水を白色腐朽菌で処理した。白色腐朽菌で処理した後の処理水の色度変化から脱色率を算出した。
なお、比較例として、前処理を行うことなく濾過膜による膜処理のみを行った廃水（窒素含有量９００ｍｇ／ｌ，炭素含有量３０００ｍｇ／ｌ）を白色腐朽菌で処理し、脱色率を算出した（比較例１）。さらに、前処理及び膜処理を行っていない廃水をそのまま白色腐朽菌で処理し、脱色率を算出した（比較例２）。実験の結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１より明らかなように、本実施形態の廃水処理システムによると高い脱色率を得ることができ、本実施形態の処理システムが着色廃水の処理に有効であることが確認された。
【００２４】
上述の説明から明らかなように、本実施形態の廃水処理システムでは、白色腐朽菌等の微生物によって廃水を処理する前に、廃水の窒素濃度及び炭素濃度が調整され、さらに、廃水の微生物が除去されて略無菌状態となっている。このため、微生物が活発に活動することができ、これによって廃水中に含まれる難分解性物質を効率的に分解することができる。したがって、本実施形態の廃水処理システムによると、難分解性物質が含まれた廃水であっても、人が触れることが可能な親水用水レベルの再生水を得ることができ、「水の循環再利用」を促進することができる。また、微生物の能力を利用しているため、化学的あるいは物理化学的な処理法と比較して低コストで処理することができる。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る廃水処理システムの全体構成を示す図
【符号の説明】
【００２７】
１０・・廃水
１２・・前処理槽
１４・・廃水
１５・・濾過膜
１６・・ブロア
２０・・曝気装置
２２・・フィルタ
２４・・曝気装置
２６・・微生物処理槽
【図１】
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